Depuneri superficiale aplicate roţilor dinţate

Transmisii Mecanice

de Zoltan Korka

Depuneri superficiale aplicate roţilor dinţate

Echipamentele de transmisie a puterii care înglobează roţi dinţate disipă atât cantități semnificative de putere, cât şi de zgomot. De aceea, orice îmbunătăţire a performanţelor acestora aduce un aport semnificativ la reducerea consumului de energie şi a poluării fonice. La aceste condiţii, se mai adaugă cerinţele referitoare la transmisii mecanice moderne care solicită momente, viteze de operare şi durată de exploatare mai mari, respectiv greutăţi şi nivele de vibraţii mai scăzute.

1. Generalităţi

În ultimii ani, oportunitățile oferite de tehnologiile convenționale de a crește performanțele transmisiilor cu roți dințate au fost pe deplin exploatate. De aceea, depunerile superficiale applicate roților dințate au devenit tehnologii tot mai importante în atingerea unor obiective, cum ar fi:

  • îmbunătățirea performanțelor energetice;
  • asigurarea unei protecții mai ridicate împotriva defectelor superficiale;
  • creșterea capacității portante;
  • reducerea coeficientului de frecare dintre flancurile dinților;
  • reducerea emisiilor acustice generate în timpul funcționării.

În viitorul apropiat, acoperirile superficiale aplicate flancurilor roților dințate vor contribui probabil, la reducerea sau eliminarea aditivilor pentru lubrifianți, pe bază de susbstanțe nonbiodegradabile și toxice, reușind să promoveze astfel, utilizarea de lubrifianți fără impact semnificativ asupra mediului înconjurător.

2. Tipuri de depuneri superficiale aplicate roţilor dinţate

În funcție de scopul urmărit, roților dințate li se pot aplica următoarele tipuri de depuneri superficiale:

a) amestec de carbură de wolfram cu carbon (WC/C);

b) carbura de bor (B4C);

c) carburi de crom (C/Cr)

d) bisulfură de molibden aditivată cu titan (MoS2/Ti);

e) dispersii fluoropolimerice.

  1. Amestecul de carbură de wolfram cu carbon (WC/C) oferă suprafețelor metalice pe care s-a depus o frecare redusă și, mai presus de toate, o rezistență de aderență ridicată la stratul de bază. Această acoperire este potrivită pentru utilizarea pe materiale care pot fi supuse la temperature de peste 300° C, în timpul procesului tehnologic de depunere (ex. oțelurile de îmbunătățire). Principalele caracteristici ale depunerilor WC/C sunt detaliate în tabelul 1.

Duritate

1.000 - 1.500 HV

Modul de elasticitate

1,5 x 1011 N/m2

Temperatura maximă de lucru

400°C

Coeficient de frecare uscată

0,2-0,3

Grosimea depunerii

2 - 4 m

Culoare

cărbune

Domenii de aplicare

- roți dințate

- componente de precizie

- matrițe de forjare

- matrițe de injectat mase plastice

  • TABELUL 1. Caracteristici ale depunerilor WC/C

b) Carbura de bor (B4C) este un material ceramic extrem de dur utilizat inițial pentru confecționarea blindajelor de tanc și a vestelor antiglonț. În ultimele decenii au fost extinse aplicațiile industriale ale produsului și pentru depunerile superficiale aplicate roților dințate. Cu o duritate de circa 30 GPa (3.050 HV), carbura de bor este unul dintre cele mai dure materiale cunoscute, după nitrura cubică de bor (CBN sau c-BN) și diamant. Acest material este ideal pentru aplicațiile unde se manifestă uzura de frecare între piese metalice, în condiții grele de ungere. Principalele caracteristici ale depunerilor B4C sunt detaliate în tabelul 2.

Duritate

> 3.000 HV

Modul de elasticitate

2,5 x 1011 N/m2

Coeficient de frecare uscată

0,2-0,3

Grosimea depunerii

2 m

Domenii de aplicare

- roți dințate

- scule așchietoare (lame, broșe)

- garnituri

- piese de uzura glisante

  • TABELUL 2. Caracteristici ale depunerilor de carbora de bor (B4C)

c) Carburile de crom (C/Cr) sunt compuși ceramici care există în mai multe compoziții chimice  diferite: Cr3C2, Cr7C3 și Cr23C6. În general, se găsesc sub formă solidă, de culoare gri, fiind extrem de dure și rezistente la coroziune. Carburile de crom sunt compuși cu proprietăți refractare, ceea ce înseamnă că își păstrează rezistența în condiții de lucru la temperaturi ridicate. Aceste proprietăți le fac utile ca aditivi pentru aliaje me talice. Atunci când carbura de crom este integrată într-o matrice metalică, îmbunătățește rezistența la uzură și coroziune a metalului, menținând aceste proprietăți chiar la temperaturi ridicate. Principalele caracteristici ale carburii de crom (Cr3C2) sunt prezentate în tabelul 3.

Duritate

1.200 – 2.200 HV

Modul de elasticitate

3,7 x 1011 N/m2

Temperatura maximă de lucru

870°C

Coeficient de frecare uscată

0,2-0,4

Grosimea depunerii

10 - 152 m

Domenii de aplicare

- roți dințate

- componente pentru turbine de gaz

- scule și matrițe de forjare la cald

 

  •  TABELUL 3. Caracteristici ale depunerilor de carbură de crom (Cr3C2)

 d) Bisulfură de molibden (MoS2) este com­pusul lamelar utilizat inițial pentru lubrifiere în cazul aplicațiilor spațiale, dar mai nou se utilizează pe scară largă acolo unde lagărele cu rulmenții și transmisiile cu roți dințate impun condiții spe­ciale de ungere. Cercetările întreprinse recent au scos în evidență faptul că prin adaosul unei mici cantități de titan (Ti) se pot îmbunătăți proprietă-țile bisulfurii de molibden. Produsul astfel obținut, având numele de marcă MoSTTM, este mai dur, mult mai rezistent la uzură și mai puțin sensibil la vaporii de apă din atmosferă, comparativ cu bisulfura de molibden pură.

Temperatura de depunere fiind sub 120°C, fac ca acest produs să poată fi aplicat și pe roțile dințate care au fost durificate superficial prin cementare. Caracteristicile principale ale bisulfu­rii de molibden aditivate cu titan (MoS2/Ti) sunt prezentate în tabelul 4.

Duritate

1.000 – 2.000 HV

Modul de elasticitate

1,2 x 1,4 x 10 11 N/m2

Temperatura maximă de lucru

500°C

Coeficient de frecare uscată

0,03 -0,15

Grosimea depunerii

1,0 – 1, 2 m

Domenii de aplicare

- roți dințate

- rulmenți de precizie

- aplicații spațiale

 

  •  TABELUL 4. Caracteristici ale bisulfurii de molibden aditivate cu titan (MoS2/Ti)

 e) Dispersiile fluoropolimerice sunt compuși chimici pe bază de fluorocarbon. Fluorul fiind negativ din punct de vedere electric, conferă produselor fluoropolimerice caracteristica de a nu adera ușor la alte materiale. Această propri­etate dau fluoropolimerilor caracteristica de non-aderență.

Un fluoropolimer este un termen generic, care include mai multe produse cu mărci comerciale, cum ar fi: Algoflon®, Excalibur®, Fluon®, Kynar®, Maxcoat®, Solef®, Teflon® sau Xylan®. Fiecare dintre brandurile antemenționate reprezintă o familie de acoperiri speciale concepute pentru a îndeplini diferite caracteristici pentru aplicațiile inginerești, cum ar fi: cerințe de mediu, de temperatură, de toleranțe prescrise, dar și alți factori semnificativi. În scopuri estetice sau de identificare, aceste acoperiri fluoropolimerice sunt disponibile în diferite culori.

Principalele caracteristici ale acoperirilor fluoropolimerice pot fi rezumate după cum urmează:

  • grosimi de acoperire de la 5 până la 20 μm;
  • temperatura de lucru: de la -130 la 260°C;
  • suprafață hidrofobă;
  • material inert din punct de vedere chimic;
  • coeficient de frecare redus;
  • proprietăți anticorozive;
  • rezistență ridicată la uzură;
  • efect de încetinire a flăcării;
  • bună rezistență electrică.

Cererea de acoperiri fluoropolimerice este în continuă creștere pentru aplicațiile industriale, datorită avantajelor pe care le oferă. Pe lângă avantajele prezentate anterior, acoperirile fluoropolimerice contribuie la reducea frecării și la creșterea rezistenței la coroziune, fiind adecvate și pentru utilizarea la temperaturi ridicate. Ele sunt izolatoare bune, ceea ce înseamnă că nu conduc electricitate și, de asemenea, nu absorb apa. Toți acești factori unici sau combinații ale acestora, fac acoperirile fluoropolimerice ideale pentru a fi utilizate în industria auto, aeronautică, electronică, și multe alte aplicații.

Astfel, în aeronautică, acoperirile fluoropolimerice sunt aplicate pentru izolarea cablurilor și pro­tejarea acestora împotriva riscului de incendiu. Mai mult decât atât, aceste acoperiri înlocuiesc placările cu cadmiu împotriva mediilor corozive, fiind aplicate pe suprafețe mari ale cabinei aeronavei, pe elemen­tele de acționare, pe roți dințate, respectiv rulmenți și pe roțile sau componentele trenului de aterizare.

O cerere mare a acoperirilor fluoropolimerice vine, de asemenea, și din partea industriei auto, deoarece, prin aceste tratamente superficiale se diminuează frecarea și se previne coroziunea pieselor auto. În plus, se poate prelungi durata de viață a unor componente cum ar fi rulmenții și ro-țile dințate, care trebuie să reziste la procese intensive de uzură. Pistoanele, blocurile motor, segmenții, pompele de combustibil, capacele blo­cului motor, sau pivoții sunt alte componente auto a căror durată de viață poate fi extinsă prin adop­tarea acestei tehnologii de acoperire.

Dispersiile fluoropolimerice sunt, de aseme­nea, utilizate pe scară largă în aplicații industriale precum utilajele de ambalare și tipărire. În aceste cazuri, acoperirile fluoropolimerice se aplică pen­tru a realiza straturi subțiri de protecție a unor componente precum: role, rame sau tăvile de cerneală. Acoperirea aplicată pieselor aflate în mișcare preînt#mpină lipirea acestora de alte elemente aflate în mișcare și fac, de asemenea, curățarea mai facilă.

În industria medicală și farmaceutică, aco­peririle fluoropolimerice se utilizează pentru „a vopsi” proteze osoase, pompe moleculare, matrițe dentare, ace chirugicale, stenturi, instrumente chirugicale și multe altele.

Chiar dacă cererea de acoperiri fluoropolimerice este în continuă creștere, aplicații și utilizări noi sunt dezvoltate în mod constant, având ca rezultat o extindere continuă a cererii.


 Bibliografie

1. Korka Z., Cercetări privind reducerea vibrațiilor la transmisiile cu roți dințate cilindrice, Teză de doctorat, Universitatea „Eftimie Murgu” din Reșița, 2009.

2. Korka Z., Analiza câmpului sonor generat de surse multipunct de con­tact, Teză de abilitare, Universitatea din Pitești, 2016.


Zoltan-Iosif Korka este Lector dr. ing. habil. Universitatea „Eftimie Murgu” din Reşiţa


 


Accept cookie

www.ttonline.ro utilizează fişiere de tip cookie pentru a personaliza și îmbunătăți experiența ta pe Website-ul nostru.

Te informăm că ne-am actualizat politicile pentru a integra în acestea și în activitatea curentă a www.ttonline.ro cele mai recente modificări propuse de Regulamentul (UE) 2016/679 privind protecția persoanelor fizice în ceea ce privește prelucrarea datelor cu caracter personal și privind libera
circulație a acestor date. Înainte de a continua navigarea pe Website-ul nostru, te rugăm să aloci timpul necesar pentru a citi și înțelege conținutul Politicii de Cookie.

Prin continuarea navigării pe Website-ul nostru confirmi acceptarea utilizării fişierelor de tip cookie conform Politicii de Cookie. Îți mulțumim pentru acest accept și nu uita totuși că poți modifica în orice moment setările acestor fişiere cookie urmând instrucțiunile din Politica de Cookie.

Da, sunt de acord